(57)【要約】【課題】水蒸気透過膜と、この水蒸気透過膜によって互いに隔てられた被加湿ガス室と加湿ガス室とからなる加湿器において、被加湿ガスの加湿量を精度よく制御する。【解決手段】加湿器２０は、水蒸気透過膜２３の温度を制御するための水蒸気透過膜用温度制御装置２４と、カソードオフガスの温度を制御するための加湿ガス用温度制御装置２６と、空気の温度を制御するための被加湿ガス用温度制御装置２８とを備える。【選択図】図２
2007299576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加湿器であって、
所定量の水蒸気を含有する加湿ガスが供給される加湿ガス室と、
水蒸気を選択的に透過する水蒸気透過膜によって前記加湿ガス室と分離されており、含有する水蒸気量が前記加湿ガスよりも少ない被加湿ガスが供給され、前記加湿ガス室から前記水蒸気透過膜を介して透過した水蒸気によって、前記被加湿ガスを加湿する被加湿ガス室と、
前記水蒸気透過膜の温度を制御する膜温度制御部と、
を備える加湿器。
【請求項２】
請求項１記載の加湿器であって、さらに、
前記加湿ガス室に供給される前記加湿ガスの温度を制御する加湿ガス温度制御部を備える加湿器。
【請求項３】
加湿器であって、
所定量の水蒸気を含有する加湿ガスが供給される加湿ガス室と、
水蒸気を選択的に透過する水蒸気透過膜によって前記加湿ガス室と分離されており、含有する水蒸気量が前記加湿ガスよりも少ない被加湿ガスが供給され、前記加湿ガス室から前記水蒸気透過膜を介して透過した水蒸気によって、前記被加湿ガスを加湿する被加湿ガス室と、
前記加湿ガス室に供給される前記加湿ガスの温度を制御する加湿ガス温度制御部と、
を備える加湿器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の加湿器であって、さらに、
前記被加湿ガス室に供給される前記被加湿ガスの温度を制御する被加湿ガス温度制御部を備える加湿器。
【請求項５】
燃料電池システムであって、
電解質膜として固体高分子膜を備える燃料電池と、
請求項１ないし４のいずれかに記載の加湿器と、
外部から導入された空気を、前記被加湿ガス室に供給する被加湿ガス供給配管と、
前記被加湿ガス室を通過した空気を、前記燃料電池のカソードに供給する酸化剤ガス供給配管と、
前記燃料電池のカソードから排出されたカソードオフガスを、前記加湿ガス室に供給する加湿ガス供給配管と、
前記加湿ガス室を通過したカソードオフガスを排出する排出配管と、
を備える燃料電池システム。
【請求項６】
所定量の水蒸気を含有する加湿ガスに含まれる水蒸気を利用して、含有する水蒸気量が前記加湿ガスよりも少ない被加湿ガスを加湿する加湿方法であって、
前記加湿ガスが供給される加湿ガス室と、水蒸気を選択的に透過する水蒸気透過膜によって前記加湿ガス室と分離されており、前記被加湿ガスが供給され、前記加湿ガス室から前記水蒸気透過膜を介して透過した水蒸気によって、前記被加湿ガスを加湿する被加湿ガス室とを用意する工程と、
前記加湿ガス室に前記加湿ガスを供給するとともに、前記被加湿ガス室に前記被加湿ガスを供給する工程と、
前記水蒸気透過膜の温度を制御する工程と、
を備える加湿方法。
【請求項７】
所定量の水蒸気を含有する加湿ガスに含まれる水蒸気を利用して、含有する水蒸気量が前記加湿ガスよりも少ない被加湿ガスを加湿する加湿方法であって、
前記加湿ガスが供給される加湿ガス室と、水蒸気を選択的に透過する水蒸気透過膜によって前記加湿ガス室と分離されており、前記被加湿ガスが供給され、前記加湿ガス室から前記水蒸気透過膜を介して透過した水蒸気によって、前記被加湿ガスを加湿する被加湿ガス室とを用意する工程と、
前記加湿ガス室に前記加湿ガスを供給するとともに、前記被加湿ガス室に前記被加湿ガスを供給する工程と、
前記加湿ガス室に供給される前記加湿ガスの温度を制御する工程と、
を備える加湿方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加湿器、および、この加湿器を備える燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池では、所望の発電性能を得るために、電解質膜を適正な湿潤状態に維持し、電解質膜のプロトン伝導性を適正に保つ必要がある。そのため、固体高分子型燃料電池を備える燃料電池システムでは、通常、電解質膜の加湿を行うための加湿器が設置される。
【０００３】
このような加湿器としては、種々の加湿器を適用可能である。例えば、下記特許文献１には、水蒸気透過膜と、この水蒸気透過膜によって互いに隔てられた被加湿ガス室と加湿ガス室とからなり、水蒸気を含む加湿ガスが加湿ガス室に供給され、加湿ガス室から水蒸気透過膜を透過した水蒸気によって、被加湿ガス内に供給された被加湿ガスの加湿を行う加湿器が記載されている。そして、この加湿器を用いて、燃料電池から排出された生成水を含むオフガス（加湿ガス）を利用して反応ガス（被加湿ガス）の加湿を行う技術が記載されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、反応ガスの温度を上昇させることによって、反応ガスの露点を上昇させ、反応ガスの加湿量を増加させる技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１５３１１号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、被加湿ガスの加湿量が少ないときに、加湿水を用いて加湿量を増大させることはできるが、加湿水を用いない状態で、被加湿ガスの加湿量が多すぎるときに、加湿量を減少させることはできなかった。また、一般に、水蒸気透過膜は、高分子膜からなり、この水蒸気透過膜を水蒸気が透過する際には、水蒸気は水蒸気透過膜中の壁に衝突しながらクヌーセン拡散する。クヌーセン拡散とは、一般に、容器壁と気体分子の衝突のみで現象が決まるクヌーセン領域で起こる拡散である。このクヌーセン拡散では、温度上昇によって、水蒸気と壁との衝突確率が増大し、水蒸気の透過量（単位時間当たりの透過量）が減少する。また、温度下降によって、水蒸気と壁との衝突確率は減少し、水蒸気の透過量が増大する。上記特許文献２に記載された技術では、反応ガスの温度上昇に伴い、水蒸気透過膜の温度も上昇するため、水蒸気の透過量が減少し、反応ガスの加湿量が低下するおそれがあった。つまり、上述した加湿器では、被加湿ガスの加湿量の制御について、改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、水蒸気透過膜と、この水蒸気透過膜によって互いに隔てられた被加湿ガス室と加湿ガス室とからなる加湿器において、被加湿ガスの加湿量を精度よく制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の第１の加湿器は、
所定量の水蒸気を含有する加湿ガスが供給される加湿ガス室と、
水蒸気を選択的に透過する水蒸気透過膜によって前記加湿ガス室と分離されており、含有する水蒸気量が前記加湿ガスよりも少ない被加湿ガスが供給され、前記加湿ガス室から前記水蒸気透過膜を介して透過した水蒸気によって、前記被加湿ガスを加湿する被加湿ガス室と、
前記水蒸気透過膜の温度を制御する膜温度制御部と、
を備えることを要旨とする。
【０００９】
本発明では、水蒸気透過膜の温度を制御することができるので、クヌーセン拡散によって、加湿ガス室から水蒸気透過膜を介して被加湿ガス室に透過する水蒸気の透過量を制御することができる。したがって、被加湿ガスの加湿量を精度よく制御することができる。具体的には、水蒸気透過膜の温度を上昇させることによって、水蒸気の透過量を減少させることができる。また、水蒸気透過膜の温度を低下させることによって、水蒸気の透過量を増加させることができる。
【００１０】
上記加湿器において、さらに、
前記加湿ガス室に供給される前記加湿ガスの温度を制御する加湿ガス温度制御部を備えるようにしてもよい。
【００１１】
こうすることによって、加湿ガスの露点を制御することができるので、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を制御し、被加湿ガスの加湿量をさらに精度よく制御することができる。具体的には、加湿ガスの温度を上昇させ、加湿ガスの露点を上昇させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を増加させることができるので、水蒸気の透過量を増加させることができる。また、加湿ガスの温度を低下させ、加湿ガスに露点を低下させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を減少させ、水蒸気の透過量を減少させることができる。
【００１２】
本発明の第２の加湿器は、
所定量の水蒸気を含有する加湿ガスが供給される加湿ガス室と、
水蒸気を選択的に透過する水蒸気透過膜によって前記加湿ガス室と分離されており、含有する水蒸気量が前記加湿ガスよりも少ない被加湿ガスが供給され、前記加湿ガス室から前記水蒸気透過膜を介して透過した水蒸気によって、前記被加湿ガスを加湿する被加湿ガス室と、
前記加湿ガス室に供給される前記加湿ガスの温度を制御する加湿ガス温度制御部と、
を備えることを要旨とする。
【００１３】
本発明では、加湿ガスの露点を制御することができるので、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を制御し、被加湿ガスの加湿量を精度よく制御することができる。具体的には、加湿ガスの温度を上昇させ、加湿ガスの露点を上昇させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を増加させることができるので、水蒸気の透過量を増加させることができる。また、加湿ガスの温度を低下させ、加湿ガスに露点を低下させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を減少させ、水蒸気の透過量を減少させることができる。
【００１４】
上述したいずれかの加湿器において、さらに、
前記被加湿ガス室に供給される前記被加湿ガスの温度を制御する被加湿ガス温度制御部を備えるようにしてもよい。
【００１５】
こうすることによって、被加湿ガスの露点を制御することができるので、被加湿ガスに含まれ得る水蒸気の量を制御し、被加湿ガスの加湿量をさらに精度よく制御することができる。具体的には、被加湿ガスの温度を上昇させ、被加湿ガスの露点を上昇させることによって、被加湿ガスに含まれ得る水蒸気の量を増加させることができるので、被加湿ガスの加湿量を増加させることができる。また、被加湿ガスの温度を低下させ、被加湿ガスに露点を低下させることによって、被加湿ガスに含まれ得る水蒸気の量を減少させ、被加湿ガスの加湿量を減少させることができる。
【００１６】
本発明は、燃料電池システムの発明として構成することもできる。すなわち、
燃料電池システムは、
電解質膜として固体高分子膜を備える燃料電池と、
請求項１ないし４のいずれかに記載の加湿器と、
外部から導入された空気を、前記被加湿ガス室に供給する被加湿ガス供給配管と、
前記被加湿ガス室を通過した空気を、前記燃料電池のカソードに供給する酸化剤ガス供給配管と、
前記燃料電池のカソードから排出されたカソードオフガスを、前記加湿ガス室に供給する加湿ガス供給配管と、
前記加湿ガス室を通過したカソードオフガスを排出する排出配管と、
を備えることを要旨とする。
【００１７】
こうすることによって、上述した加湿器によって、燃料電池のカソードに供給すべき空気の加湿量を制御して、電解質膜（固体高分子膜）の湿潤状態を適正に維持することができる。
【００１８】
本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略したり、適宜、組み合わせたりして構成することができる。本発明は、上述の加湿器、燃料電池システムとしての構成の他、加湿器の制御方法、燃料電池システムの制御方法の発明として構成することもできる。また、これらを実現するコンピュータプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体、そのプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など種々の態様で実現することが可能である。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
【００１９】
本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、加湿器や、燃料電池システムの動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。また、記録媒体としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置などコンピュータが読み取り可能な種々の媒体を利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池システムの構成：
Ｂ．加湿器の構成：
Ｃ．変形例：
【００２１】
Ａ．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池１０は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセルを複数積層させたスタック構造を有している。各セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜を挟んで、水素極（以下、アノードと呼ぶ）と、酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とを配置した構成となっている。本実施例では、ナフィオン（登録商標）などの固体高分子膜を電解質膜として利用する固体高分子型のセルを用いるものとした。
【００２２】
燃料電池１０のアノードには、配管４０を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。そして、アノードから排出されるアノードオフガスは、配管４２を通じて外部に排出される。なお、図示、および、説明は省略しているが、各配管には、必要に応じて、各種バルブや、圧力センサ等が設置されている。
【００２３】
先に説明したように、本実施例の燃料電池１０は、固体高分子膜を電解質膜として利用しているため、電解質膜のプロトン伝導性を適正に保ち、所望の発電性能を得るために、電解質膜の加湿が必要である。したがって、燃料電池システム１００は加湿器２０を備えている。
【００２４】
この加湿器２０は、水蒸気を選択的に透過する水蒸気透過膜２３によって分離された加湿ガス室２１、および、被加湿ガス室２２を備えている。加湿ガス室２１には、水蒸気を含有する加湿ガスが供給され、被加湿ガス室２２には、加湿対象となる被加湿ガスが供給される。加湿ガス室２１に供給された加湿ガスに含まれる水蒸気は、水蒸気透過膜２３を介して、被加湿ガス室２２に透過し、被加湿ガス室２２に供給された被加湿ガスを加湿する。なお、本実施例の加湿器２０は、後述するように、被加湿ガスの加湿量、すなわち、水蒸気透過膜２３の水蒸気の透過量を制御することができる。
【００２５】
本実施例では、加湿器２０の被加湿ガス室２２に、配管３０を介して、外部から導入された空気が被加湿ガスとして供給され、被加湿ガス室２２を通過して加湿された空気が、配管３２を介して、燃料電池１０のカソードに供給される。配管３０は、本発明における被加湿ガス供給配管に相当し、配管３２は、本発明における酸化剤ガス供給配管に相当する。
【００２６】
また、燃料電池１０のカソードから排出された水蒸気（生成水）を含むカソードオフガスは、配管３４を介して、加湿器２０の加湿ガス室２１に加湿ガスとして供給され、加湿ガス室２１を通過したカソードオフガスは、配管３６を通じて外部に排出される。配管３４は、本発明における加湿ガス供給配管に相当し、配管３６は、本発明における排出配管に相当する。
【００２７】
燃料電池システム１００の運転は、制御ユニット５０によって制御される。制御ユニット５０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、システムの運転を制御する。
【００２８】
Ｂ．加湿器の構成：
図２は、加湿器２０の概略構成を示す説明図である。図示するように、本実施例の加湿器２０は、略直方体の外形形状を有している。そして、加湿ガス室２１に加湿ガス（カソードオフガス）を供給するための加湿ガス供給口２１ｉと、加湿ガス室２１から加湿ガスを排出するための加湿ガス排出口２１ｏと、被加湿ガス室２２に被加湿ガス（空気）を供給するための被加湿ガス供給口２２ｉと、被加湿ガス室２２から被加湿ガスを排出するための被加湿ガス排出口２２ｏとが設けられている。なお、本実施例では、これらの供給口、および、排出口は、同一の面に設けられているものとしたが、異なる面に設けるものとしてもよい。
【００２９】
水蒸気透過膜２３の表面全体には、メッシュ状配管２５Ｍが設置されている。このメッシュ状配管２５Ｍには、水蒸気透過膜２３との間で熱交換を行うための熱媒体が流される。なお、本実施例では、水蒸気透過膜２３の被加湿ガス室２２側の表面にメッシュ状配管２５Ｍを設置するものとしたが、これに限られず、メッシュ状配管２５Ｍを水蒸気透過膜２３の加湿ガス室２１側の表面、あるいは、両面に設置するものとしてもよい。このメッシュ状配管２５Ｍには、水蒸気透過膜用温度制御装置２４が循環配管２５によって接続されている。そして、水蒸気透過膜用温度制御装置２４には、熱媒体を循環させるための循環ポンプや、熱媒体を冷却するための冷却装置や、熱媒体を加熱するためのヒータや、熱媒体の温度を検出するための温度センサや、熱媒体の流量を検出するための流量計等が備えられている（図示省略）。
【００３０】
本実施例では、このような構成によって、水蒸気透過膜２３と熱媒体との間で熱交換を行い、水蒸気透過膜２３の温度を制御することができる。そして、水蒸気透過膜２３の温度を制御することによって、水蒸気透過膜２３を透過する水蒸気の透過量、すなわち、被加湿ガスの加湿量を制御することができる。この理由については、後から詳述する。水蒸気透過膜用温度制御装置２４と、配管２５と、配管２５Ｍとは、本発明における膜温度制御部に相当する。
【００３１】
図３は、水蒸気透過膜２３の温度を変化させたときの水蒸気の透過の様子を示す説明図である。図３（ａ）に、水蒸気透過膜２３の温度Ｔｍが温度Ｔｓであるときの水蒸気の透過の様子を示した。また、図３（ｂ）には、水蒸気透過膜２３の温度ＴｍがＴｍ＞Ｔｓであるときの水蒸気の透過の様子を示した。また、図３（ｃ）には、水蒸気透過膜２３の温度ＴｍがＴｍ＜Ｔｓであるときの水蒸気の透過の様子を示した。
【００３２】
本実施例の水蒸気透過膜２３は、高分子膜からなり、図示するように、ナフィオン層２３Ｗと、ポリエチレン層２３Ｄとを備えている。そして、加湿器２０において、水蒸気透過膜２３は、ナフィオン層２３Ｗが加湿ガス室２１側に配置され、ポリエチレン層２３Ｄが被加湿ガス室２２側に配置されるように設置される。ナフィオン層２３Ｗは、緻密であり、水蒸気Ｍｗは、ナフィオン層２３Ｗを気体のまま透過することができない。このため、水蒸気Ｍｗは、ナフィオン層２３Ｗの一方の面から、一旦、ナフィオン層２３Ｗに浸透し、他方の面から蒸発して透過する。これに対し、ポリエチレン層２３Ｄには、水蒸気Ｍｗが気体のまま透過可能な細孔２３ｈが存在するため、ナフィオン層２３Ｗを透過した水蒸気Ｍｗは、図中に矢印で示したように、細孔２３ｈの壁に衝突しながら、ポリエチレン層２３Ｄを透過する。
【００３３】
水蒸気透過膜２３の温度ＴｍがＴｍ＞Ｔｓであるときには、図３（ｂ）に示したように、図３（ａ）に示したＴｍ＝Ｔｓのときよりも、水蒸気Ｍｗの細孔２３ｈの壁への衝突確率、すなわち、水蒸気Ｍｗが細孔２３ｈの壁に衝突する頻度が増加するため、水蒸気Ｍｗの透過量は減少する。一方、水蒸気透過膜２３の温度ＴｍがＴｍ＜Ｔｓであるときには、図３（ｃ）に示したように、図３（ａ）に示したＴｍ＝Ｔｓのときよりも、水蒸気Ｍｗが細孔２３ｈの壁に衝突する頻度が減少するため、水蒸気Ｍｗの透過量は増加する。
【００３４】
以上説明した現象から、水蒸気透過膜２３の温度を制御することによって、水蒸気透過膜２３を透過する水蒸気の透過量、すなわち、被加湿ガスの加湿量を制御することができることが分かる。具体的には、水蒸気透過膜２３の温度を上昇させることによって、水蒸気の透過量を減少させることができる。また、水蒸気透過膜２３の温度を低下させることによって、水蒸気の透過量を増加させることができる。
【００３５】
図２を参照した加湿器２０の説明に戻る。
【００３６】
加湿ガス供給口２１ｉには、循環配管２７と、加湿ガス用温度制御装置２６とが設けられている。循環配管２７には、加湿ガス供給口２１ｉを通過するカソードオフガス（加湿ガス）との間で熱交換を行うための熱媒体が流される。そして、加湿ガス用温度制御装置２６には、水蒸気透過膜用温度制御装置２４と同様に、熱媒体を循環させるための循環ポンプや、熱媒体を冷却するための冷却装置や、熱媒体を加熱するためのヒータや、熱媒体の温度を検出するための温度センサや、熱媒体の流量を検出するための流量計等が備えられている（図示省略）。
【００３７】
本実施例では、このような構成によって、加湿ガス供給口２１ｉを通過するカソードオフガスと熱媒体との間で熱交換を行い、加湿ガス室２１に供給されるカソードオフガスの温度を制御することができる。そして、カソードオフガスの露点を制御することによって、カソードオフガスに含まれる水蒸気の量を制御し、被加湿ガス（空気）の加湿量を精度良く制御することができる。具体的には、加湿ガスの温度を上昇させ、加湿ガスの露点を上昇させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を増加させることができるので、水蒸気の透過量を増加させることができる。また、加湿ガスの温度を低下させ、加湿ガスに露点を低下させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を減少させ、水蒸気の透過量を減少させることができる。加湿ガス用温度制御装置２６と、循環配管２７とは、本発明における加湿ガス温度制御部に相当する。
【００３８】
また、被加湿ガス供給口２２ｉには、加湿ガス供給口２１ｉと同様に、循環配管２９と、被加湿ガス用温度制御装置２８が設けられている。循環配管２９には、被加湿ガス供給口２２ｉを通過する空気（被加湿ガス）との間で熱交換を行うための熱媒体が流される。そして、被加湿ガス用温度制御装置２８には、水蒸気透過膜用温度制御装置２４や、加湿ガス用温度制御装置２６と同様に、熱媒体を循環させるための循環ポンプや、熱媒体を冷却するための冷却装置や、熱媒体を加熱するためのヒータや、熱媒体の温度を検出するための温度センサや、熱媒体の流量を検出するための流量計等が備えられている（図示省略）。
【００３９】
本実施例では、このような構成によって、被加湿ガス供給口２２ｉを通過する空気と熱媒体との間で熱交換を行い、被加湿ガス室２２に供給される空気の温度を制御することができる。そして、被加湿ガスの露点を制御することができるので、被加湿ガスに含まれ得る水蒸気の量を制御し、被加湿ガスの加湿量を精度よく制御することができる。具体的には、加湿ガスの温度を上昇させ、加湿ガスの露点を上昇させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を増加させることができるので、水蒸気の透過量を増加させることができる。また、加湿ガスの温度を低下させ、加湿ガスに露点を低下させることによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を減少させ、水蒸気の透過量を減少させることができる。被加湿ガス用温度制御装置２８と、配管２９とは、本発明における被加湿ガス温度制御部に相当する。
【００４０】
以上説明した本実施例の加湿器２０によれば、水蒸気透過膜用温度制御装置２４によって、水蒸気透過膜２３の温度を制御し、水蒸気透過膜２３を透過する水蒸気の透過量を制御することができる。また、加湿ガス用温度制御装置２６によって、加湿ガス室２１に供給される加湿ガス（カソードオフガス）の温度を制御し、加湿ガスの露点を制御することによって、加湿ガスに含まれる水蒸気の量を制御することができる。また、被加湿ガス用温度制御装置２８によって、被加湿ガス（空気）の温度を制御し、被加湿ガスの露点を制御することによって、被加湿ガスに含まれ得る水蒸気の量を制御することができる。この結果、被加湿ガスの加湿量を精度よく制御することができる。
【００４１】
以上説明した本実施例の燃料電池システム１００によれば、上述した加湿器２０を用いて、燃料電池１０のカソードに供給される酸化剤ガス（空気）の加湿量を精度よく制御することができるので、電解質膜（固体高分子膜）の湿潤状態を適正に維持することができる。
【００４２】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４３】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、加湿器２０は、水蒸気透過膜用温度制御装置２４と、加湿ガス用温度制御装置２６と、被加湿ガス用温度制御装置２８とを備えるものとしたが、これに限られない。加湿器２０は、水蒸気透過膜用温度制御装置２４と、加湿ガス用温度制御装置２６と、被加湿ガス用温度制御装置２８とのうち、水蒸気透過膜用温度制御装置２４のみを備えるようにしてもよいし、加湿ガス用温度制御装置２６のみを備えるようにしてもよい。また、加湿器２０は、水蒸気透過膜用温度制御装置２４と、被加湿ガス用温度制御装置２８とを備えるようにしてもよいし、加湿ガス用温度制御装置２６と、被加湿ガス用温度制御装置２８とを備えるようにしてもよい。ただし、本実施例によれば、被加湿ガスの加湿量をより精度よく制御することができる。
【００４４】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、水蒸気透過膜用温度制御装置２４と、加湿ガス用温度制御装置２６と、被加湿ガス用温度制御装置２８とは、それぞれ熱媒体を加熱することによって、水蒸気透過膜２３や、カソードオフガスや、空気を間接的に加熱するものとしたが、これに限られない。例えば、ヒータによって、直接的に加熱するものとしてもよい。
【００４５】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、水蒸気透過膜２３は、ナフィオン層２３Ｗと、ポリエチレン層２３Ｄとからなるものとしたが、これに限られない。水蒸気透過膜２３として、温度を変動させることによって、水蒸気の透過量が変動する他の部材を用いるようにしてもよい。
【００４６】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、加湿器２０を燃料電池システムに適用した例を示したが、燃料電池システム以外の他のシステムに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】加湿器２０の概略構成を示す説明図である。
【図３】水蒸気透過膜２３の温度を変化させたときの水蒸気の透過の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…加湿器
２１…加湿ガス室
２１ｉ…加湿ガス供給口
２１ｏ…加湿ガス排出口
２２…被加湿ガス室
２２ｉ…被加湿ガス供給口
２２ｏ…被加湿ガス排出口
２３…水蒸気透過膜
２３Ｗ…ナフィオン層
２３Ｄ…ポリエチレン層
２３ｈ…細孔
２４…水蒸気透過膜用温度制御装置
２５…循環配管
２５Ｍ…メッシュ状配管
２６…加湿ガス用温度制御装置
２７…循環配管
２８…被加湿ガス用温度制御装置
２９…循環配管
３０，３２，３４，３６，４０，４２…配管
５０…制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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